一种精馏塔管线自动冲洗方法
【专利摘要】本发明涉及一种精馏塔管线自动冲洗方法，属于化工炼油生产管线技术领域。该方法在传统液位—流量串级控制的基础上，对塔底液位变量进行动态函数补偿，即采取液位主要干扰量——塔进料量的变化量作为前馈信号。依照工艺要求预先设定进料变化量，以稳定塔底液位为目标，采用动态函数补偿的方法，对塔底液位进行有效的动态控制，在工艺调整进料量的情况下塔底液位仍能稳定运行。本方法能够实现对精馏塔塔底液位的平稳控制，大大减少进料量变化对精馏塔正常生产的影响，同时降低了模型失配对动态函数补偿作用的影响，增加滤波模块，增强系统的鲁棒性。
【专利说明】
一种精馏塔管线自动冲洗方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种精馏塔管线自动冲洗方法，属于化工炼油生产管线技术领域。
【背景技术】
[0002] 在化工炼油生产中，精馏塔是关键的精馏操作设备，其平稳运转与否，关系到目标 产物纯度的高低。其中，塔底液位直接关系到整个精馏塔的物料平衡、能量平衡，当塔液位 过高可能会造成满釜，液位过低可能会造成空釜。为了维持塔设备的正常生产，塔底液位需 要控制在一定安全操作范围内。
[0003] 某些精馏塔的塔进料管线由于进料原料中含有重质油成分，容易对后续工艺管线 造成堵塞，通常采取的方法是人工定期对塔进料进行提量、保持、降量的操作，对下游管线 起到冲刷的作用，但这会造成塔底液位的大幅度波动。然而，塔底液位通常由塔底出料量进 行调节，采取液位一流量串级控制方案，这样的调节方式存在时间滞后的问题，对塔底液位 的调节不够及时，这是液位大幅波动的主要原因。对一些控制水平要求高的塔设备，塔底液 位的大幅波动必须加以重视。
[0004] 目前对精馏塔管线的冲洗方法大多采用人工提量、保持、降量，对下游管线起到冲 刷的作用。
[0005] 现有技术采用的人工手动冲洗方法容易导致塔底液位的大幅度波动，而塔底液位 通常由塔底出料量来调节，采取液位一流量串级控制方案，这样的调节方式存在时间滞后 问题，对塔底液位的调节不够及时，这是造成塔底液位大幅度波动的主要原因，对一些控制 水平要求高的塔设备，塔底液位的大幅波动必须加以重视。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的提出一种新颖的保证精馏塔稳定操作的管线冲洗方法。该方法在传 统液位一流量串级控制的基础上，对塔底液位变量进行动态函数补偿，即采取液位主要干 扰量一一塔进料量的变化量作为前馈信号。依照工艺要求预先设定进料变化量，以稳定塔 底液位为目标，采用动态函数补偿的方法，对塔底液位进行有效的动态控制，在工艺调整进 料量的情况下塔底液位仍能稳定运行。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种精馏塔管线自动冲洗方法，以实 现对精馏塔下游管线的冲刷，精馏塔进料量的设定值按工艺要求进行调整，在常规的液位-流量串级控制基础上加入动态函数补偿，实现对精馏塔塔底液位的平稳控制，减少或消除 进料量变化对精馏塔正常生产的影响。
[0008] 如图1所示，为本方法的精馏塔流程图，塔进料量为FIC1001，其给定值FIC001.SV 按工艺需求进行调整，塔底液位LIC001与出料量FIC002实现串级控制。在此基础上，依据进 料量的调整变化，对塔底液位串级控制进行动态函数补偿，其控制回路方块图如图2所示。 [0009]精馏塔的塔底液位主要扰动为进料量的变化，在进料量按预先设定值变化时，对 塔底液位造成的干扰极大。原控制方案中，待检测到液位发生变化之后，控制器才做出调节 动作，因此原液位一流量串级控制方案调节有滞后，控制效果不理想。为此，增加进料量的 变化量A PV作为动态函数补偿信号。当进料量变化时，系统在每个扫描周期内检测进料量 的变化，将进料变化量送入补偿运算模块进行运算处理，再把补偿运算经滤波后输出送到 液位控制器的输出端，作为出料流量控制器设定值FIC002. SV的增量，对精馏塔的塔底液 位一流量串级控制进行动态函数补偿，这样即实现塔底液位受进料量变化的影响之前，根 据进料量按函数f(t)规律变化，对出料量进行动态函数补偿调节，起到稳定塔液位的效果。 [0010]该动态函数补偿方案为:通过检测进料量的变化量，根据塔底液位变量的动态平 衡原理，计算出进料变化量A PV(s)相对应的出料变化量△ PVKs)，关系如下：
[0011]
(?)
[0012] 其中，APV1(S)为出料量变化量的拉氏变换，APV(S)为进料量变化量的拉氏变 换，Gp(S)为主对象液位的传递函数，Gpd(S)为干扰通道传递函数。
[0013]由副回路的输入输出关系：
[0014]
(2)
[0015] 其中，GC1 (s)为副回路流量控制器传递函数，Gp1 (s)为副回路流量对象传递函数， A SV(s)为出料流量设定值变化量的拉氏变换。
[0016] 进而推出该出料流量的设定值变化量△ SV(S)，如式(3)所示：
[0017]
[0018]
[0019]
[0020] 其中，为理论计算的塔底排出流量变化量传递函数。
[0021] 由上式(4)得动态函数补偿运算模块需要辨识的对象模型有:副回路流量对象Gp1 (s)、主回路液位对象Gp (s)及干扰通道对象Gpd (s)。
[0022] 在实际的应用中，对象的数学模型辨识不可避免地存在模型误差，即模型失配，为 降低模型失配对动态函数补偿作用的影响，增强系统的鲁棒性，在补偿运算模块后加入一 阶滤波模块：
[0023]
(5):[0024] 其中α为可调节的滤波器常数，Gf (S)为滤波模块传递函数。得到最终的补偿运算 模块为：
[0025] (6)
[0026] 其中，Gfc(S)为实际输出的塔底排出流量变化量传递函数，即前馈控制器的传递函 数。
[0027] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
[0028] (1)在原有的精馏塔管线冲洗方法的基础上，对塔底液位一流量串级控制方案增 加了动态函数补偿，在进料量按预定的函数变化时，对塔底液位一流量串级进行动态函数 补偿控制，实现对精馏塔塔底液位的平稳控制，大大减少进料量变化对精馏塔正常生产的 影响。
[0029] (2)在本发明方案中，为了降低模型失配对动态函数补偿作用的影响，增加滤波模 块，增强系统的鲁棒性。
【附图说明】
[0030] 图1精馏塔塔底液位控制流程图。
[0031 ]图2精馏塔塔底液位控制回路方块图。
[0032]图中：
[0033] Gc(s):液位控制器的传递函数 [0034] Gp(S):主回路液位对象的传递函数 [0035] Gci(S):副回路流量控制器的传递函数 [0036] Gp1(S):副回路流量对象的传递函数 [0037] Gfc(S):前馈控制器的传递函数 [0038] Gro(s):干扰通道传递函数 [0039] SV(s):液位设定值的拉氏变换 [0040] L(s):液位输出的拉氏变换
[0041] APV(s):干扰量的拉氏变换
[0042] ASV(s):前馈补偿量的拉氏变换
【具体实施方式】
[0043]为了验证上述方案的有效性，结合工业实际生产案例，在横河CS3000系统中进行 上述方案的仿真验证。
[0044] 如图1所示，在乙烯工业生产中，为了防止急冷段的轻质燃料油汽提塔出料下游管 道被后续的重质油堵塞，通常采取定期对轻质燃料油塔进料进行提量、保持、降量的手段， 对下游管线起到冲刷的作用，但这会造成轻质燃料油塔底液位的大幅度波动，而塔底液位 通常通过控制出料量，采取液位-流量串级控制方案进行调节，由于液位对象存在滞后问 题，所以采用这样的控制策略往往调节速度过慢。针对此问题，采取上述的动态函数补偿控 制方案进行控制。
[0045] 方案实施之前，如图2所示，辨识出动态函数补偿方案所需的对象模型。
[0046]
[0047] 副回路流量控制器参数为：比例系数P = 100，积分时间I = 10，微分时间D = 0，即可 得<^,⑴=1+·^·;滤波器参数α = 2,即巧⑷根据(6)式即可得前馈控制器为： I OsI -f 2.v
[0048]
[0049] 根据上述提供的模型参数及控制器参数进行仿真，将原控制方案和本发明方案进 行对比，进料流量从40t/h增加到50t/h，以900t/h的速率按斜坡函数变化，待进料量提升到 50t/h后，保持2分钟，然后再以900t/h的速率进行降量。
[0050] 通过实例仿真，进料量按传统液位一流量串级控制方案控制时，液位波动范围为 SV±6.14% (SV是设定值）；本发明方案液位波动范围为SV±0.3%。可见，在原方案基础上 增加动态函数补偿方案后，在进行塔进料的提降量操作时，对塔液位的影响大大减小，效果 显著。
【主权项】
1. 一种精馏塔管线自动冲洗方法，其特征在于:精馏塔的塔底液位主要扰动为进料量 的变化，在进料量按预先设定值变化时，对塔底液位造成的干扰极大;原控制方案中，待检 测到液位发生变化之后，控制器才做出调节动作，因此原液位一流量串级控制方案调节有 滞后，控制效果不理想；为此，增加进料量的变化量A PV作为动态函数补偿信号；当进料量 变化时，系统在每个扫描周期内检测进料量的变化，将进料变化量送入补偿运算模块进行 运算处理，再把补偿运算经滤波后输出送到液位控制器的输出端，作为出料流量控制器设 定值FIC002.SV的增量，对精馏塔的塔底液位一流量串级控制进行动态函数补偿，这样即实 现塔底液位受进料量变化的影响之前，根据进料量按函数f(t)规律变化，对出料量进行动 态函数补偿调节，起到稳定塔液位的效果； 该动态函数补偿方案为:通过检测进料量的变化量，根据塔底液位变量的动态平衡原 理，计算出进料变化量A PV(s)相对应的出料变化量A PVKs)，关系如下：其中，A PVKs)为出料量变化量的拉氏变换，A PV(s)为进料量变化量的拉氏变换，GP (s)为主对象液位的传递函数，Gpd(s)为干扰通道传递函数； 由副回路的输入输出关系：其中，GC1 (s)为副回路流量控制器传递函数，GP1 (s)为副回路流量对象传递函数，A SV (s)为出料流量设定值变化量的拉氏变换； 进而推出该出料流量的设定值变化量A SV(s)，如式(3)所示：即得动态函数补偿运算模块为：其中，戌^(4为理论计算的塔底排出流量变化量传递函数； 由上式(4)得动态函数补偿运算模块需要辨识的对象模型有：副回路流量对象GP1(s)、 主回路液位对象GP (s)及干扰通道对象Gpd (s)。2. 根据权利要求1所述的一种精馏塔管线自动冲洗方法，其特征在于：在实际的应用 中，对象的数学模型辨识不可避免地存在模型误差，即模型失配，为降低模型失配对动态函 数补偿作用的影响，增强系统的鲁棒性，在补偿运算模块后加入一阶滤波模块：其中a为可调节的滤波器常数，Gf(s)为滤波模块传递函数;得到最终的补偿运算模块 为：其中，Gfc(s)为实际输出的塔底排出流量变化量传递函数，即前馈控制器的传递函数。
【文档编号】B08B9/032GK106040676SQ201610340454
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月19日
【发明人】王文新, 李全善, 王曦, 徐开慧, 焦阳, 石建锋
【申请人】北京世纪隆博科技有限责任公司